Obrazy świata III

Obrazy świata III
Powstanie nauki nowożytnej
Andrzej Wiśniewski
[email protected]
Wstęp do filozofii
Materiały do wykładu
Rewolucja kopernikańska
• Teoria heliocentryczna była znana już w starożytności;
jej twórcą był Arystrach z Samos (310? – 230 p.n.e.).
• Mikołaj Kopernik (1473-1543) wprowadził ideę
systemu heliocentrycznego do nauki nowożytnej.
• W systemie heliocentrycznym to Słońce, a nie Ziemia,
znajduje się w geometrycznym środku Wszechświata.
Ziemia, podobnie jak pozostałe planety, okrąża Słońce,
jednocześnie obracając się wokół własnej osi.
• Chociaż Kopernik inaczej przedstawił strukturę układu
Słońce-Ziemia-planety, nie odrzucił on innego
elementu starszego modelu: sfery gwiazd stałych.
Teraz jednak sfera ta była nieruchoma. Słońce nie było
dla niego jedną z gwiazd, a cały Wszechświat był
przestrzennie skończony.
2
System heliocentryczny Kopernika (wersja pierwotna)
3
System Kopernika: ruchy Marsa i Wenus widziane z
Ziemi
4
System Kopernika: problemy
• Kopernik zachował też ideę, że ruchy ciał niebieskich to
ruchy – w istocie – kołowe. Aby pozostać w zgodzie z
tym założeniem i jednocześnie z danymi tablic
astronomicznych, Kopernik zmodyfikował swój system,
dodając, wzorem poprzedników, ruchy planet po
deferentach i epicyklach.
• Ostateczny system Kopernika był prawie tak samo
skomplikowany jak system Ptolemeusza, a dokładności,
z jakimi oba systemy potrafiły przewidzieć ruchy planet,
były podobne.
• Nie to jednak było główną przyczyną, dla której system
Kopernika został początkowo potraktowany jedynie jako
interesująca hipoteza.
5
•
•
•
System Kopernika: problemy
Kopernik nie dysponował empirycznymi argumentami
na rzecz tezy o ruchu obrotowym Ziemi. A tymczasem
nasuwały się – co najmniej – dwa konkretne pytania:
1. Dlaczego, skoro Ziemia się obraca, przy jej
powierzchni nie wieje zawsze silny wiatr?
2. Dlaczego ciała spadają pionowo ku środkowi Ziemi,
a nie (lekko) na ukos?
Zasadniczy problem był ogólniejszy: otóż w świetle
fizyki tamtego okresu, idącej śladami fizyki
Arystotelesa, obraz świata zaproponowany przez
Kopernika nie dawał się wyjaśnić.
Ponadto system Kopernika prowadził do wniosku, że
Wszechświat jest znacznie większy niż poprzednio
twierdzono. Pytano: co znajduje się w tej pustce i,
przede wszystkim, po co ona istnieje?
6
Giordano Bruno i nieskończoność świata
• Empiryczne argumenty na rzecz systemu
heliocentrycznego znaleziono później, a jego uzgodnienie
z fizyką wymagało przebudowy podstaw tej dyscypliny –
kulminacją tego ostatniego procesu było powstanie
mechaniki klasycznej Newtona w XVII w.
• Jednakże (niektórzy) filozofowie nie czekali tak długo z
akceptacją teorii heliocentrycznej, jednocześnie idąc dalej.
• Giordano Bruno (1548-1600) twierdził, że gwiazdy to nic
innego jak odległe słońca, okrążane przez planety. Takich
układów planetarnych jest nieskończenie wiele i stąd
Wszechświat jest nieskończony. Jest on również w całości
upsychiczniony. Ostatecznie Bruno doszedł do panteizmu:
Bóg i Wszechświat to jedno i to samo.
• Bruno został oskarżony o herezję i spalony na stosie w
1600 r.
7
Galileusz i idea jednorodności świata
• W 1609 r. Galileusz zaczyna obserwować niebo przez
lunetę. Odkrywa góry na Księżycu, fazy Wenus, cztery
księżyce Jowisza, pierścienie Saturna, powstające i
ginące plamy na Słońcu. Stwierdza, że Droga Mleczna
jest skupiskiem niezliczonych gwiazd.
• Obserwacje Galileusza zdają się podważać podział
Wszechświata na zmienny świat podksiężycowy i świat
nadksiężycowy, w którym bytują niezmienne obiekty
zbudowane z eteru. Już wcześniej, w 1572 r.,
zaobserwowano – mówiąc językiem współczesnym –
eksplozję supernowej.
• Drogę zaczyna sobie torować pogląd, iż ruchy ciał
niebieskich podlegają tym samym prawom, co ruchy ciał
w pobliżu powierzchni Ziemi – całym Wszechświatem
rządzą te same prawa. Innymi słowy, Wszechświat jest
jednorodny fizycznie.
8
Nowe metody w naukach przyrodniczych
• Zwykle uważa się, że naukę nowożytną odróżnia od
nauki starożytnej i średniowiecznej przede wszystkim to,
że nauka nowożytna jest empiryczna, natomiast jej
poprzedniczki są czysto spekulatywne. Jest to pogląd
tak uproszczony, że aż fałszywy. W pewnym sensie
fizyka Arystotelesa jest bardziej oparta na obserwacji i
zgodna z nią niż fizyka współczesna: aby się o tym
przekonać, proszę wyrzucić przez okno piórko i żelazną
kulkę i zobaczyć, co prędzej znajdzie się na ziemi.
• Zgodnie z prawem fizyki Arystotelesa, czas, w jakim
ciało przebywa ruchem naturalnym w danym ośrodku
daną drogę jest odwrotnie proporcjonalny do ciężaru
tego ciała.
• Zgodnie ze (współczesnym) prawem swobodnego
spadku, czas ten nie zależy od ciężaru. [Ale prawo to
mówi o spadaniu w próżni; mówiąc nieco dokładniej,
pomija ono opór ośrodka. Aby wyjaśnić rzeczywisty
wynik, musimy ten czynnik uwzględnić.]
9
Nowe metody w naukach przyrodniczych
• Nowe obserwacje i dostępność nowej aparatury
badawczej to tylko jedne z czynników, które leżały u
podstaw nauki nowożytnej. Ważniejsze jest to, że
zmianie uległa metodologia.
• Przede wszystkim zaczęto wyrażać prawa natury
językiem matematyki. Co więcej, zaczęto budować
matematyczne modele zjawisk przyrodniczych; w ich
budowie argumentacja czysto matematyczna gra dużą
rolę. Taka postawa była obca wcześniejszym epokom (z
wyjątkami, zwłaszcza w astronomii). Zapewne, można
postawić naiwne pytanie: dlaczego matematyka,
będąca tworem ludzkiego umysłu, „pasuje” do świata.
Jest to zagadka; jednakże ta metoda działa. Co więcej,
z biegiem czasu pojawiła się idea, iż „prawdziwa
wiedza” to wiedza zmatematyzowana. Ważne są
również mierzalność i pomiar.
10
Nowe metody w naukach przyrodniczych
• XIX-wieczny fizyk, William Thomson (Lord Kelvin)
wyraził to następująco:
„Często powtarzam, że jeśli potraficie zmierzyć to, o
czym mówicie, oraz wyrazić to w liczbach, wówczas
wiecie o czym mówicie; lecz jeśli nie potraficie tego
zmierzyć, jeżeli nie potraficie wyrazić tego w liczbach,
to wiedza wasza jest niewystarczająca i jałowa.”
• Rozstrzygnięcie, jak się to ma do psychologii
pozostawiam P.T. Publiczności ☺
11
Nowe metody w naukach przyrodniczych
• Ważne stają się eksperyment myślowy oraz budowanie
wyidealizowanych – najczęściej matematycznych modeli zjawisk. Idee jest następująca: chociaż wiemy, że
wpływ na badane zjawisko ma wiele czynników, wiemy
też, że wpływ pewnych z nich jest na tyle „mały”, że
możemy je – początkowo – zaniedbać, koncentrując się
na wzajemnych relacjach czynników najistotniejszych.
• Stąd też w nauce buduje się teorie obiektów, które z
pewnością - jako takie - w przyrodzie nie występują:
„gazu idealnego”, „ciała doskonale czarnego”, etc.
12
Nowe metody w naukach przyrodniczych
• Gdy konfrontujemy model z doświadczeniem, ulega on
konkretyzacji (uwzględniamy wpływ tych czynników,
które – potencjalnie – mogą oddziaływać na wynik
pomiaru).
• Podobnie jest w przypadku planowania doświadczeń i
eksperymentów. Staramy się badane sytuacje uprościć,
usunąć lub ograniczyć to wszystko, co może zakłócać
przebieg badanego zjawiska.
13
Kształtowanie się nowożytnego obrazu świata c.d.
• Wróćmy jednak do dziejów nauki.
• W 1608 r. ukazuje się dzieło Johannesa Keplera pt.
Astronomia Nova, w którym twierdzi on m.in., że planety
poruszają się po elipsach, w jednym z ognisk każdej z
tych elips znajduje się nieruchome Słońce, a także, że
prędkości ruchów planetarnych zmieniają się w taki
sposób, iż odcinek łączący planetę ze Słońcem zakreśla
równe pola w równych odstępach czasu. Jest to model
lepiej zgadzający się z danymi astronomicznymi niż
modele poprzednie. Jednocześnie mamy to odstępstwa
od starych idei ruchu (w istocie) kolistego ciał niebieskich
i ruchu planet ze stałą prędkością.
• Model Keplera nie był poparty przekonywującym
wyjaśnieniem fizycznym.
14
Kształtowanie się nowożytnego obrazu świata:
Kartezjusz
• Kartezjusz (Rene Descartes, 1596-1650) wynajduje
geometrię analityczną, która dostarcza skutecznej
metody przekładania stwierdzeń geometrycznych na
równania algebraiczne. Stosuje ją do opisu zjawisk
przyrodniczych, w tym zjawiska ruchu.
• Kartezjusz wprowadza nowe pojęcie materii: materią
jest ogół ciał, których atrybutem jest rozciągłość
(zajmowanie miejsca w przestrzeni). Tak rozumiana
materia jest czymś bardziej uchwytnym, niż „materia
pierwsza” (meta) fizyki arystotelesowskiej.
• Kartezjusz podejmuje próbę budowy (nowej) mechaniki.
Jest to mechanika czysto „geometryczna”, bez pojęcia
siły. Zmiany konfiguracji ciał objaśnia się w kategoriach
bezpośredniego kontaktu: zderzeń, tarć, zawirowań etc.
15
Kształtowanie się nowożytnego obrazu świata:
Leibniz i Newton
• W swoim poglądzie na przyrodę – także ożywioną! –
Kartezjusz jest mechanicystą: wszystkie zjawiska w
przyrodzie to w istocie zjawiska mechaniczne. Ten
pogląd znajdzie później wielu kontynuatorów.
• W 1686 r. Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716)
odkrywa rachunek różniczkowy i całkowy; w tym samym
mniej więcej czasie czyni to Izaak Newton (1642-1727).
• W 1687 r. ukazują się Philosophiae naturalis principia
mathematica (Matematyczne zasady filozofii przyrody)
Izaaka Newtona. Powstaje mechanika newtonowska
(„mechanika klasyczna”), która dostarcza udanych
wyjaśnień wielu zjawisk przyrodniczych, w tym
astronomicznych (w szczególności wyjaśnione zostaje,
dlaczego planety poruszają się, jak to stwierdził Kepler,
po orbitach eliptycznych). Model heliocentryczny
znajduje ugruntowanie w mechanice newtonowskiej. 16
Kształtowanie się nowożytnego obrazu świata: Newton
•
•
Dla Newtona materia to substancja, której atrybutami
są:
1. rozciągłość,
2. nieprzenikliwość,
3. bezwładność (pasywność, niezdolność do
samoistnej zmiany prędkości), której miarą jest
masa bezwładna,
4. (i ewentualnie) ważkość, której miarą jest masa
grawitacyjna.
Definicja Newtona leży u podstaw przyjmowanego
później pojęcia materii, zgodnie z którym materia to ogół
ciał, których atrybutem jest posiadanie masy („coś jest
materialne = posiada masę”, masa jest miarą ilości
materii).
17
Kształtowanie się nowożytnego obrazu świata: Newton
• Newton twierdzi, że istnieją: absolutna przestrzeń i
absolutny czas. Przestrzeń jest rodzajem „pojemnika”, w
którym znajdują się ciała materialne, natomiast czas
biegnie tak samo w każdym układzie odniesienia,
niezależnie od szybkości, z jaką układ ten porusza się
względem innych układów.
• Newton nie stronił też od spekulacji teologicznych, a
nawet od alchemii.
18
Dygresja o teorii względności Einsteina
• W świetle powstałej na początku XX w. teorii względności
Alberta Einsteina czas i przestrzeń są od siebie
wzajemnie zależne, tworząc czasoprzestrzeń, natomiast
własności czasoprzestrzeni są zależne od rozkładu i
gęstości materii.
– Mówi o tym ogólna teoria względności.
• Z kolei rozmiary przestrzenne i czasowe ciał są zależne od
prędkości, z jaką ciała się poruszają, natomiast prędkość
ciała jest różna w różnych układach odniesienia, przy czym
żaden z nich nie jest (absolutnie) wyróżniony. Tylko światło
ma taką samą prędkość w każdym układzie odniesienia.
– O czym z kolei mówi szczególna teoria względności.
• To jednak stało się wiadome znacznie później.
19
Kształtowanie się nowożytnego obrazu świata: Newton
• Newton był mechanicystą, jednakże jego mechanicyzm
przyjmował formę postulatu redukcji:
„Życzyłbym sobie – wyznaję – byśmy mogli
wyprowadzić pozostałe zjawiska Przyrody z zasad
mechanicznych (…). Wiele racji skłania mnie, by
podejrzewać, iż wszystkie zjawiska zależą od pewnych
sił, sprawiających (…) że cząstki w ciałach albo
wzajemnie przyciągają się i tworzą spójne regularne
figury, albo odpychają się i oddalają jedne od drugich.
Siły te pozostają nieznane (…); żywię jednak nadzieję,
że zasady, których podwaliny zostały tu położone,
rzucą światło albo wprost na to zagadnienie, albo na
jakąś właściwszą metodę filozofii.”
Newton, Principia …
20
Kształtowanie się nowożytnego obrazu świata: Newton
• Mechanika Newtona odniosła wiele sukcesów.
Dostarczała ona paradygmatu badań naukowych aż do
tzw. drugiej rewolucji naukowej, która miała miejsce na
początku XX w. Ta rewolucja naukowa to m.in.
powstanie teorii względności i mechaniki kwantowej.
21
Dygresja: determinizm i indeterminizm
•
•
•
•
•
Mówiąc ogólnie, determinizm to stanowisko
filozoficzne głoszące, że wszystko w świecie jest
wyznaczone przez przyczyny i prawa.
Mówiąc bardziej ściśle, teza determinizmu jest
koniunkcją dwóch zasad:
1. (zasada prawidłowości) wszystkie zjawiska
podlegają prawom,
2. (zasada przyczynowości) każde zjawisko ma swoją
przyczynę, a każda przyczyna ma swój skutek.
Gdy do zasad (1) i (2) dołączymy:
3. (zasada jednoznaczności) jednakowe przyczyny w
jednakowych warunkach wywołują jednakowe
skutki.
otrzymujemy determinizm jednoznaczny.
Determinizm statystyczny odrzuca zasadę (3) jako
zasadę powszechnie obowiązującą.
Z kolei indeterminizm to stanowisko, które odrzuca
jako powszechnie obowiązującą co najmniej jedną z
22
zasad determinizmu, (1) lub (2).
Demon Laplace’a i determinizm
• Gdy założymy tezę mechanicyzmu („wszystkie zjawiska w
przyrodzie to w istocie zjawiska mechaniczne”) oraz
przyjmiemy, że mechanika newtonowska trafnie opisuje
zjawiska mechaniczne, dochodzimy do pewnej wersji
determinizmu jednoznacznego.
• W świetle mechaniki klasycznej znając warunki
początkowe układu (mechanicznego), siły działające na
układ oraz prawa nim rządzące, można dokładnie
przewidzieć wszystkie przyszłe i odtworzyć wszystkie
przeszłe stany układu.
• Jest to oczywiście możliwość czysto teoretyczna; już dla
stosunkowo prostych układów wielu ciał trudności
matematyczne stają się przeszkodą.
23
Demon Laplace’a i determinizm
• Tym niemniej istota, która zna stan całego
Wszechświata w danej chwili i dysponuje
nieograniczonymi możliwościami dedukcji, może
przewidzieć dowolny – przeszły lub przyszły – stan
Wszechświata.
• Taka istota to tzw. demon Laplace’a.
– nazwa nawiązuje do nazwiska francuskiego uczonego,
Pierre Simona de Laplace’a, który w 1796 r. opublikował
sławną rozprawę Exposition du système du monde,
zawierającą wykład mechaniki Newtona w wersji znacznie
udoskonalonej matematycznie.
• Oczywiście, nie jest tak, że postulowano rzeczywiste
istnienie demona Laplace’a; przypowieść o nim jest tylko
ilustracją.
24
Dygresja o mechanice kwantowej
• Pewne ustalenia współczesnej nauki są często
interpretowane jako argumenty przeciwko
determinizmowi jednoznacznemu i zarazem na rzecz
czy to determinizmu statystycznego, czy też wręcz
indeterminizmu. Są to argumenty zarówno
doświadczalne (np. zjawiska połowicznego rozpadu),
jak i teoretyczne (obowiązywanie w mechanice
kwantowej tzw. zasady nieoznaczoności Heisenberga).
• Opinie specjalistów są tu (wciąż) podzielone.
• Przede wszystkim trzeba jednak pamiętać, że opis
zjawisk mikroświata, którego dostarcza nam mechanika
kwantowa, jest niezgodny z tym, który otrzymalibyśmy
stosując kategorie pojęciowe i prawa mechaniki
newtonowskiej.
25
Statyczność i rozwój
• Idea rozwoju przyrody była w zasadzie obca nauce
starożytnej i średniowiecznej: raz ukształtowany świat
uważano za niezmienny zarówno co do struktury, jak i
rodzajów i gatunków występujących w nim obiektów
(nieożywionych i ożywionych). Nauka nowożytna
stopniowo odchodzi od tego poglądu.
• Już w XVIII w. Kant wysunął, inspirowana newtonowską
mechaniką, hipotezę tłumaczącą powstanie Układu
Słonecznego oraz różnych układów gwiazd. Została ona
następnie rozwinięta przez Laplace’a w jego modelu
powstawania układu planetarnego z wirującego obłoku
gazu.
• Hipoteza Kanta-Laplace’a do pewnego stopnia
przypomina współczesne teorie.
26
Powstawanie układu
planetarnego (rysunek)
27
Statyczność i rozwój: kosmogonia, kosmologia
i teoria ewolucji
• Hipotezy powstawania Układu Słonecznego to hipotezy
kosmogoniczne.
• Kosmogonii nie należy mylić z kosmologią fizyczną, tj.
dyscypliną naukową, w ramach której buduje się modele
fizyczne struktury i dynamiki (w tym rozwoju)
Wszechświata jako całości. Dwie najbardziej znane
współczesne koncepcje z zakresu kosmologii to teoria
stanu stacjonarnego oraz teoria Wielkiego Wybuchu.
• Przejdźmy teraz do poglądów na przyrodę ożywioną.
• W 1802 r. Jean Baptiste de Monet Lamarck odrzuca
pogląd, że gatunki roślin i zwierząt są niezmienne.
28
Teoria ewolucji
• W 1859 r. Charles Darwin publikuje O powstawaniu
gatunków drogą doboru naturalnego. Teoria
ewolucji pokazuje, że gatunki powstają jedne z drugich
w procesie, który wprawdzie prowadzi do powstawania
gatunków coraz lepiej przystosowanych do środowiska,
ale który nie jest celowy ani tym bardziej planowy.
• W szczególności, człowiek jest tylko wytworem
ewolucyjnym i wywodzi się ze świata zwierzęcego:
…………
………….
…………
29
Celowość zdarzeń?
• Gdy mówimy o strukturze świata i rozwoju przyrody, w
sposób naturalny powstają pytania o to, czy świecie
istnieje celowość zdarzeń i czy dzieje przyrody są
realizacją jakiegoś planu.
• Finalizm (inaczej: teleologia) po pogląd, zgodnie z
którym nie przyczyny (sprawcze) i prawa, lecz cele
wyznaczają przebieg zjawisk oraz porządek panujący w
świecie.
30
Celowość zdarzeń?
• Termin „finalizm” pochodzi od łacińskiego słowa finis =
koniec, cel. Nazwa „teleologia” pochodzi od greckiego
telos = cel, teleos = zmierzający do celu.
– Uwaga: Teleologia nie jest tym samym co teologia, czyli
nauka o Bogu!
• Tym niemniej pogląd teleologiczny często łączył się z
religią. Jest tak w przypadku tzw. finalizmu religijnego,
głoszącego, że świat jest zamierzonym dziełem istoty
zdolnej myśleć, chcieć i realizować swoje zamiary,
skonstruowanym przez nią w jakimś celu
– natomiast porządek celowościowy istniejący w świecie
służy realizacji tego celu.
31
Celowość zdarzeń?
• Ponieważ zagadnienia religijne nie są przedmiotem tego
wykładu, ograniczymy się tu tylko do zasygnalizowania
powyższego poglądu.
• Mówiąc o celach wyznaczających przebiegi zjawisk i
porządek w przyrodzie, możemy również mieć na myśli coś
znacznie skromniejszego od realizacji zamiarów Stwórcy.
• Jak pamiętamy, w świetle fizyki (i metafizyki) Arystotelesa
w świecie obok przyczyn sprawczych działają także
przyczyny celowe: są nimi aktualizujące się formy
(„dojrzałe”) organizmów lub – w przypadku ruchu
mechanicznego – miejsca naturalne. Idea wyjaśniania
zjawisk poprzez odwołanie się do przyczyn celowych
została zarzucona przez naukę nowożytną.
32
•
•
•
•
Celowość zdarzeń?
Termin „celowy” jest często używany w odniesieniu do
zjawisk biologicznych.
Jednakże gdy współczesny biolog-ewolucjonista powie,
że organizm zwierzęcia jest zbudowany celowo, ma on
na myśli to, że organizm jest zbudowany w sposób
korzystny dla tego zwierzęcia lub dla gatunku, do
którego ono należy. „Korzystny” znaczy tu:
„umożliwiający przeżycie i reprodukcję”.
Termin „celowy” często znaczy również tyle, co
„funkcjonalny”.
Biolog-ewolucjonista zaprzeczy temu, iż ewolucja jest
urzeczywistnianiem się jakiegoś „kosmicznego planu”,
który w szczególności miał zaowocować powstaniem
istot rozumnych. Pojawienie się człowieka jest skutkiem
pewnego naturalnego procesu, który można wyjaśnić
odwołując się tylko do naturalnych przyczyn i praw
33
przyrody.
Zasada antropiczna
• Idea planowości jest jednak zbyt cenna dla człowieka,
aby ją tak po prostu porzucić.
• Na zakończenie wspomnijmy zatem o tzw. zasadzie
antropicznej, wysuniętej przez przyrodników w latach
70-tych XX wieku.
• Zwolennicy tej zasady zwracają uwagę na to, że
wartości liczbowe podstawowych stałych fizycznych
(takich jak stała grawitacji, stała Plancka, prędkość
światła, stała Hubble’a i inne) są takie, że stosunkowo
niewielka zmiana którejkolwiek z nich spowodowałaby,
iż powstanie życia nie byłoby możliwe (szczegóły
argumentacji oparte są na symulacjach prowadzonych
w oparciu o teorie fizyczne).
• Samoistne powstanie takiego układu wartości jest
niezmiernie mało prawdopodobne.
34
Zasada antropiczna
•
•
Zwolennicy zasady antropicznej sugerują, że żyjemy w
harmonijnym Wszechświecie. Wszechświat harmonijny to
taki, który pozwala na istnienie życia takiego, jakie znamy.
Wszechświat, który obserwujemy, musi być odpowiedni
dla rozwoju inteligentnego życia, inaczej nie moglibyśmy
tu być i obserwować go.
Zasada antropiczna ma wiele wersji. Oto dwie z nich:
– Słaba zasada antropiczna: obserwowane wartości
podstawowych stałych fizycznych nie są przypadkowe,
albowiem są one ograniczone wymaganiem, by istniały
miejsca, w których może wyewoluować życie oparte na
węglu i by Wszechświat był wystarczająco stary, by do
tego doszło.
– Silna zasada antropiczna: wszechświat musi posiadać
właściwości pozwalające na rozwinięcie się życia na
pewnym etapie swojej historii.
35
A zatem?
36